魚雷是一種自主推進(jìn)、自動(dòng)控制、按預(yù)定設(shè)計(jì)彈道搜索、自動(dòng)導(dǎo)向、攻擊敵艦艇的水中航行體。魚雷能準(zhǔn)確命中目標(biāo),其功能主要由制導(dǎo)控制系統(tǒng)完成。
從二次大戰(zhàn)期間的1943年德國(guó)使用T25被動(dòng)聲自導(dǎo)魚雷開始,從無(wú)制導(dǎo)魚雷到有制導(dǎo)魚雷,完成了從直接瞄準(zhǔn)武器向制導(dǎo)武器的轉(zhuǎn)變。隨著電子學(xué)及電子工程學(xué)科的快速發(fā)展,尤其是微型計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用,魚雷制導(dǎo)與控制技術(shù)已有了很大進(jìn)步。魚雷制導(dǎo)方式的發(fā)展呈現(xiàn)多樣化特點(diǎn),按時(shí)間出現(xiàn)先后,制導(dǎo)方式可分為:被動(dòng)聲自導(dǎo)、主動(dòng)聲自導(dǎo)、機(jī)動(dòng)儀(齒輪、凸輪式自動(dòng)駕駛儀)、主被動(dòng)交替聲自導(dǎo)、線導(dǎo)、線導(dǎo)+主/被動(dòng)聲自導(dǎo)、線導(dǎo)加主被動(dòng)聯(lián)合聲自導(dǎo)、聲尾流自導(dǎo)、主被動(dòng)聲自導(dǎo)+聲尾流自導(dǎo)、主被動(dòng)聲自導(dǎo)+磁尾流自導(dǎo)、捷聯(lián)式慣導(dǎo)、線導(dǎo)+捷聯(lián)式慣導(dǎo)、線導(dǎo)+捷聯(lián)式慣導(dǎo)+主被動(dòng)聲自導(dǎo)、拖曳基陣主被動(dòng)聲自導(dǎo)等。
被動(dòng)/主動(dòng)聲自導(dǎo)
被動(dòng)與主動(dòng)聲自導(dǎo)是魚雷制導(dǎo)的先行者,即不管魚雷使用了何種新式制導(dǎo)手段,最后的末自導(dǎo)階段還是離不開主動(dòng)聲自導(dǎo);而被動(dòng)聲自導(dǎo)經(jīng)常擔(dān)任備用的角色,它負(fù)責(zé)監(jiān)聽任務(wù),主動(dòng)有信號(hào)時(shí),它不參與工作;主動(dòng)丟失目標(biāo)信號(hào)時(shí),由它來(lái)接替,并跟蹤目標(biāo),但是一旦主動(dòng)又一次發(fā)現(xiàn)目標(biāo),它就繼續(xù)監(jiān)聽。被動(dòng)自導(dǎo)是魚雷接受假信號(hào)的主要渠道,它不能測(cè)量目標(biāo)距離,更不能測(cè)量目標(biāo)長(zhǎng)度,在反魚雷器材(包括誘餌)相當(dāng)發(fā)達(dá)的今天,缺點(diǎn)更明顯。但是,被動(dòng)自導(dǎo)也有其優(yōu)點(diǎn):一般說(shuō)來(lái),它有(與主動(dòng)相比)先發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的優(yōu)勢(shì)。因此,主、被動(dòng)結(jié)合(交替或聯(lián)合)使用,能實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。
線導(dǎo)
大型遠(yuǎn)程魚雷在制導(dǎo)魚雷初期采用線導(dǎo),可以克服聲自導(dǎo)魚雷的缺點(diǎn)。通常情況下,魚雷聲自導(dǎo)的作用距離一般為千米左右,而敵我(發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí))相隔往往有萬(wàn)米之遙,要先靠魚雷運(yùn)載平臺(tái)解算出目標(biāo)位置,然后才把聲自導(dǎo)魚雷發(fā)射到目標(biāo)附近,依靠聲自導(dǎo)魚雷自己去搜索目標(biāo),這樣就很容易降低魚雷對(duì)目標(biāo)的捕捉概率。
線導(dǎo)魚雷的優(yōu)點(diǎn)在于:魚雷運(yùn)載平臺(tái)在距被攻擊敵艦艇萬(wàn)米以外可先用線導(dǎo)引導(dǎo)魚雷接近目標(biāo),然后聲自導(dǎo)開機(jī),在發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)目標(biāo)后,才由聲自導(dǎo)接班。有的魚雷,如英國(guó)MK24“虎魚”,在聲自導(dǎo)段,線導(dǎo)仍然保有“凌駕”權(quán),即艦艇一旦發(fā)現(xiàn)魚雷受誘餌拖引,線導(dǎo)就會(huì)又一次優(yōu)先糾偏。線導(dǎo)原來(lái)只適用于大型魚雷,而瑞典首先將其推廣至小型魚雷,其TP42系列(TP423及TP427等)與TP43系列各型均有線導(dǎo),并首創(chuàng)空投小型魚雷利用浮標(biāo)中繼,由直升飛機(jī)通過(guò)兩段導(dǎo)線導(dǎo)引魚雷的戰(zhàn)術(shù)。20世紀(jì)末,線導(dǎo)魚雷所使用的導(dǎo)線有些已采用光纖(光纖直徑只為銅芯線的1/2,含包敷層),取代直徑約1.2mm有絕緣層的銅芯線。由于線導(dǎo)魚雷的突出優(yōu)點(diǎn),特別是不需要本艇精確解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的突出特點(diǎn),再加上光纖通信的信息量大、信號(hào)衰減小、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn),21世紀(jì)的魚雷除了空投和火箭助飛魚雷戰(zhàn)斗部的微型魚雷外,幾乎所有大型魚雷都將被研制成線導(dǎo)魚雷。
尾流自導(dǎo)
尾流以水面艦艇尾流最為明顯,其長(zhǎng)度一般有數(shù)千米,比船的長(zhǎng)度長(zhǎng)幾十倍。尾流的形成,主要是由于海水與船體摩擦生成的微小汽泡,也包括螺旋槳打水生成的空泡微粒,以及船上生活污水和主輔機(jī)冷卻用的熱水??偟膩?lái)說(shuō),尾流比海水要輕,所以浮在水面上,很遠(yuǎn)就可看見。即使艦船停車不走,半小時(shí)之內(nèi),尾流也不會(huì)消失,它與停車的船連在一起。尾流寬度與船的尺度和航速有關(guān),一般為船寬的數(shù)倍至數(shù)十倍。
尾流有許多物理場(chǎng)被自導(dǎo)魚雷利用,如尾流渾濁,透見性差;尾流內(nèi)水溫高于周圍海水;尾流對(duì)聲脈沖有反射作用等。美海軍MK452F魚雷利用的就是聲脈沖原理,彈道設(shè)計(jì)是使進(jìn)入尾流的魚雷向信號(hào)強(qiáng)的方向(例如左側(cè)強(qiáng),說(shuō)明目標(biāo)在左方)轉(zhuǎn)向。由于尾流寬度不大,魚雷會(huì)沖過(guò)尾流,但打左舵的魚雷按左轉(zhuǎn)方向穿出尾流,此時(shí)魚雷自導(dǎo)會(huì)發(fā)現(xiàn)右邊信號(hào)強(qiáng),就改打右舵右轉(zhuǎn)彎,又一次沖出尾流……這樣以近似正弦曲線的彈道逼近目標(biāo),并最后擊中目標(biāo)。
使用光、熱的物理場(chǎng)的尾流自導(dǎo)魚雷大體也是用同樣原理設(shè)計(jì)成追擊彈道。俄羅斯的65型巨型魚雷使用的是磁場(chǎng),該魚雷設(shè)計(jì)主要用于攻擊美國(guó)航空母艦。尾流自導(dǎo)魚雷的局限性是只能反艦不能反潛,因?yàn)闈撏У奈擦髟谏细〉倪^(guò)程中稀化而消失。
捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航
自從魚雷航程增大,并使用線導(dǎo)技術(shù)以后,為使發(fā)射艦艇感知魚雷瞬時(shí)位置,人們便一直期望能把慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于魚雷上,至少把魚雷相對(duì)于發(fā)射點(diǎn)的位置信息隨時(shí)通過(guò)導(dǎo)線告知發(fā)射艦艇的火控系統(tǒng)。由于魚雷容積不大,雷內(nèi)很難裝下平臺(tái)式慣導(dǎo),因此直到戰(zhàn)術(shù)武器普遍裝備捷聯(lián)式慣導(dǎo)以后,這一愿望才得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹饕布缢俾释勇?、擺式線性加速度計(jì)均是亞微型的配套微處理器(8086或68000),體積也不大。魚雷裝慣導(dǎo),對(duì)制導(dǎo)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一大進(jìn)步。
魚雷發(fā)射后的位置之所以成為問(wèn)題,就在于線導(dǎo)魚雷的噪聲在發(fā)射艇聲納中造成對(duì)目標(biāo)噪聲的掩蓋或定位的干擾。魚雷位置只能憑雷速與線導(dǎo)時(shí)間來(lái)推算,由于魚雷航向經(jīng)常改變,必然造成很大的積累誤差,只有裝有捷聯(lián)式慣導(dǎo)才能算出較為精確的實(shí)際雷位。
目前,應(yīng)用慣導(dǎo)的魚雷還不普及,已報(bào)導(dǎo)的僅有英國(guó)“旗魚”、意大利A290與日本89式等。然而,慣導(dǎo)加上末段主被動(dòng)聲自導(dǎo),將是未來(lái)魚雷的綜合制導(dǎo)體制之一。
拖曳式基陣主被動(dòng)聲自導(dǎo)
美國(guó)的輕型魚雷R(shí)EGAI是線導(dǎo)魚雷的改進(jìn)型。REGAI將聲納站簡(jiǎn)化與小型化,由發(fā)射出的魚雷自行拖曳。魚雷本身的主被動(dòng)聲自導(dǎo)仍然保留。拖曳基陣在管內(nèi)是卷起來(lái)的,出管后才展開。各陣元之間的間隔是不等的,用以接收不同的頻率。無(wú)論目標(biāo)潛艇的優(yōu)勢(shì)頻率是什么,被拖曳的基陣總可以在遠(yuǎn)距離上發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。拖了基陣的魚雷航速會(huì)受影響,但這也帶來(lái)一個(gè)好處,因?yàn)楹剿俚?,自噪聲小,有利于拖曳基陣探測(cè)距離的增大。當(dāng)魚雷接近到聲自導(dǎo)并發(fā)現(xiàn)目標(biāo),經(jīng)核實(shí)后,就可把拖曳基陣解脫,魚雷增速,跟蹤并攻擊目標(biāo)。
REGAI射出以后,艦艇還需跟蹤一小段距離,因?yàn)橥弦坊囋诠軆?nèi)卷攏時(shí)是不工作的,無(wú)法接受來(lái)自目標(biāo)的信號(hào)。目標(biāo)信號(hào)只有艦艇上的聲納站才能接收,經(jīng)火控系統(tǒng)解算之后,通過(guò)一小段導(dǎo)線向拖曳基陣“交班”,這是第一次,交接無(wú)誤,導(dǎo)線就可斷開,發(fā)射艦艇撤出戰(zhàn)場(chǎng)。第二次“交班”,就是當(dāng)魚雷的聲自導(dǎo)捕捉住目標(biāo)并經(jīng)核實(shí)后,拖曳基陣完成使命,從雷尾上解脫,使魚雷得以增速殲敵。
REGAI方案是線導(dǎo)魚雷的發(fā)展,有利于發(fā)射艦艇及早撤離戰(zhàn)場(chǎng),這種魚雷的進(jìn)一步發(fā)展是與慣導(dǎo)技術(shù)結(jié)合起來(lái)的,并可使其成為新一代線導(dǎo)魚雷。